СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ЗАГОТОВОК Российский патент 1997 года по МПК B24B1/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при холодной обработке материалов резанием.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении повышения качества обработанных тонкостенных заготовок.

Известен способ обработки тонкостенных заготовок (см. Куклев Л.С. Тазетдинов М. М. Оснастка для обработки нежестких деталей высокой точности. М. Машиностроение, 1978, с. 49), при котором заготовку устанавливают на электрическом устройстве.

Недостатком указанного аналога является обязательное наличие диэлектрической пленки на поверхности устройства толщиной (2.3) мм, теплопроводность которой низка. Кроме того, в процессе обработки не допускается использовать водные СОЖ из опасения снижения силы закрепления заготовки. Указанные недостатки приводят к накоплению тепла в заготовке, и как следствие, возникновению нежелательных структурных изменений в обрабатываемом материале.

Известен также способ крепления тонкостенных заготовок (см. там же, с. 85), при котором закрепление заготовки осуществляется ограничением его области применения обработкой заготовок из намагничиваемых материалов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению являются выбранные в качестве прототипа способ обработки тонкостенных заготовок (см. там же, с. 43), при котором осуществляется обработка заготовки, закрепленной за счет разности атмосферного давления и давления в разреженной зоне под заготовкой. Во избежание деформации элементов заготовок применяют зубцовую форму разреженной зоны, образованной перекрещивающимися пазами.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: в обоих случаях заготовка закрепляется на устройстве за счет разности давлений окружающей среды над и под заготовкой.

Недостатком прототипа является его низкая эффективность при шлифовании поверхностей тонкостенных заготовок, что связано с неравномерным и низким теплоотводом от технологической базы: теплоотвод с участков поверхности заготовки, контактирующей с зубцами, осложняется высоким контактным термическим сопротивлением. Теплоотвод же с участков поверхности заготовки, не контактирующих с приспособлением, осуществляется за счет излучения тепла.

Следствием накопления тепла в тонкостенной заготовке являются структурные изменения в материале, что снижает качество обработки.

Другим недостатком прототипа является ограничение по силе закрепления заготовки, связанное с тем, что теоретически можно достичь разрежения величиной только 0,1 МПА, т.к. давление окружающей среды (атмосферное давление) близко к 0,1 МПА. Кроме того, достижение глубокого разрежения связано со значительным усложнением и удорожанием оборудования.

Цель изобретения повышение качества обработки тонкостенных заготовок за счет снижения контактного термического сопротивления между заготовкой и упором.

Для достижения поставленной в изобретении цели тонкостенная заготовка прижимается к стаканообразной охлаждаемой оправке одной или несколькими струями жидкости.

По отношению к прототипу у изобретения имеется следующий отличительный признак: с целью качества обработанной поверхности заготовку прижимают к оправке одной или несколькими струями жидкости. При этом общую тепловую проводимость контакта заготовка упор можно определить по формуле (Шныков Ю.П. Ганин Е.А. Царавский С.М. Конкретное термическое сопротивление. М. Энергия. 1977 с. 293-294):

где λ_м, λ_к соответственно, коэффициенты теплопроводности металла и среды, Вт/(м•К);
h₁, h₂ средняя высота неровностей контактирующих поверхностей, мкм;
σ_в предел прочности материала, МПа;
ψ_t, ψ_k коэффициенты стягивания и формы микровыступов;
Y относительная величина зазора;
P давление стяжения поверхностей, МПа;
Из анализа формулы (1) видно, что чем больше давление стяжения поверхностей, тем больше тепловая проводимость контакта при прочих равных условиях.

Рассчитав общую тепловую проводимость контакта для различных давлений сжатия поверхностей, можно оценить эффективность способа (см. таблицу).

Расчет произведен для следующих условий:
заготовка сплав 36НХТ10, упор медь ММ1; обе контактирующие поверхности обработаны с R_a (0,4.0,5) мкм.

Силу давления струи жидкости F (кгс) можно определить по формуле (2) (Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред. П.Г. Киселева. Изд. 5-е. Мю: Энергия, 1974, с. 28)

где ω площадь поперечного сечения струи, м²;
V средняя скорость в сечении струи, м/с;
g массовая плотность жидкости, кг/м³.

В зависимости от площади и жесткости заготовки подбирают сечение и скорость струи.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь: создание значительного давления струи на заготовку кроме интенсивного охлаждения приводит к увеличению тепловой проводимости стыка заготовка упор, и, как следствие этого, снижение теплонапряженности процесса обработки тонкостенной заготовки, уменьшению вероятности нежелательных структурных изменений в поверхностном слое заготовки, а тем самым повышению качества обработанной поверхности.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый результат новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, в принципе может быть многократно использована при обработке тонкостенных заготовок с получением технического результата, заключающегося в повышении контактной тепловой проводимости стыка "заготовка-упор", обуславливающего достижение поставленной цели повышение качества обработанной поверхности, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа обработки тонкостенной заготовки (использование 1 заготовка типа "стакан"), на фиг. 2 то же устройство, исполнение 2 заготовка типа "пластина" или "диск".

Заявляемый способ обработки тонкостенных заготовок при механической обработке может быть реализован с помощью следующих материальных объектов (фиг. 1): заготовка 1 установлена на стаканообразной оправке 2, охлаждаемой СОЖ, подаваемой через штуцер 3, канал в корпусе 4 и сопло 5 и затем вытекающей по другому каналу в корпусе 4. Закрепление стаканообразной заготовки 1 осуществляется струями жидкости, вытекающими из сопел 6, а также режущим инструментом 7 (шлифовальным кругом), а точнее его касания заготовки 1. Корпус 4 устройства установлен на магнитной плите 8 станка.

Если обрабатываемая заготовка имеет форму пластины или диска, то она устанавливается в специальном гнезде (фиг. 2), выполненном на торце охлаждаемой оправки 2.

Как показали результаты расчетов, при использовании заявляемого способа обеспечивается достижение высокой контактной термической проводимости стыка заготовка охлаждаемая оправка. При этом контактное термическое сопротивление может быть снижено в (2.3) и более раз. Верхний предел ограничивается лишь экономической целесообразностью дальнейшего роста проводимости.

Заявляемый способ обработки тонкостенной заготовки представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит повысить качество обработанных заготовок за счет повышения контактной тепловой проводимости стыка заготовка упор.

Кроме того, изобретение позволяет значительно упростить применяемое оборудование, т.к. отпадает необходимость воздавать разрежение под заготовкой.

Изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Использование: в машиностроении при холодной обработке резанием тонкостенных заготовок. Сущность: заготовку устанавливают на станке, охлаждаемом изнутри и прижимают к нему посредством одной или нескольких струй жидкости. Обработку осуществляют шлифованным кругом, расположенным со стороны воздействия струй. 2 ил., 1 табл. .

Способ обработки тонкостенных заготовок в условиях относительного перемещения заготовки и инструмента, при котором заготовку устанавливают на оправке и прижимают к ней, отличающийся тем, что в качестве оправки берут стакан, который охлаждают изнутри, при этом прижим заготовки к оправке осуществляют по меньшей мере одной струей жидкости.